(57)【要約】【課題】被処理流体を一度流すだけで、被処理流体の所定の成分を、それぞれの反応に最適な強さのプラズマで、反応処理することができるプラズマ発生電極を提供する。【解決手段】プラズマ発生電極１であって、単位電極２が、誘電体となる板状のセラミック体３と、セラミック体３の内部に配設された導電膜４から形成されるとともに、複数の単位電極２が一定間隔で積層され、互いに隣接する単位電極２に配設される導電膜４間の距離Ｄが部分的に異なるか、又は、単位電極２を構成するセラミック体の誘電率が部分的に異なり、空間Ｖに、部分的に異なる強さのプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極１。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電極が所定間隔を隔てて階層的に積層されてなるとともに、前記単位電極相互間に、一の方向（ガス流通方向）の少なくとも一方の端部が開放されるとともに他の方向の両端が閉鎖された空間が形成されてなり、これらの単位電極間に電圧を印加することによって前記空間においてプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、
前記単位電極が、誘電体となる板状のセラミック体と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜から形成されるとともに、
複数の前記単位電極が一定間隔で積層され、
互いに隣接する前記単位電極に配設される前記導電膜間の距離が部分的に異なるか、又は、前記単位電極を構成するセラミック体の誘電率が部分的に異なり、
前記空間に、部分的に異なる強さのプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極。
【請求項２】
前記ガス流通方向における一方の端部側から全長の１０〜９０％の位置までのそれぞれの前記単位電極のセラミック体の誘電率と、前記単位電極の残余の部分のセラミック体の誘電率とが異なるものである請求項１に記載のプラズマ発生電極。
【請求項３】
前記ガス流通方向における一方の端部側から全長の１０〜９０％の位置までの、互いに隣接する前記導電膜間の距離と、残余の部分の互いに隣接する前記導電膜間の距離とが、異なるものである請求項１に記載のプラズマ発生電極。
【請求項４】
前記残余の部分の前記導電膜の中で、互いに隣接する前記導電膜間の距離が、更に部分的に異なるものである請求項３に記載のプラズマ発生電極。
【請求項５】
少なくとも一部の連続する３層の単位電極が、その中央の層を形成する単位電極（第２単位電極）に配設される導電膜と、前記第２単位電極の一方の面側の層を形成する単位電極（第１単位電極）に配設される導電膜との間の距離が、前記第２単位電極に配設される導電膜と、前記第２単位電極の他方の面側の層を形成する単位電極（第３単位電極）に配設される導電膜との間の距離とが異なるように形成され、
前記第１単位電極と第２単位電極との間に形成された空間（第１空間）の前記ガス流通方向の一方の端部側が閉鎖され、前記第２単位電極と第３単位電極との間に形成された空間（第２空間）の前記ガス流通方向の他方の端部側が閉鎖され、
前記第２単位電極に法線方向の貫通孔が少なくとも一つ形成され、
前記第１空間の閉鎖されていない端部側から流入したガスが、前記貫通孔を通過して第２空間の閉鎖されていない端部側から流出することが可能な請求項１に記載のプラズマ発生電極。
【請求項６】
隣接する前記導電膜間の距離が、その導電膜全体に亘って一定であり、
一部の互いに隣接する導電膜間の距離と、他の互いに隣接する導電膜間の距離とが異なる請求項１に記載のプラズマ発生電極。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ発生電極を備えてなり、前記プラズマ発生電極を構成する複数の前記単位電極相互間に形成された前記空間内に所定の成分を含有するガスが導入されたときに、前記空間内に発生させたプラズマにより前記ガス中の前記所定の成分を反応させることが可能なプラズマ反応器。
【請求項８】
前記空間内に前記所定の成分を含有するガスが導入されたときに、前記空間内に発生する強さが部分的に異なるプラズマの、各ガス成分の反応に適した強さの部分で、各ガス成分がそれぞれ反応する請求項７に記載のプラズマ反応器。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のプラズマ反応器と、触媒とを備え、前記プラズマ反応器と前記触媒とが、内燃機関の排気系の内部に配設された排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生電極、プラズマ反応器及び排ガス浄化装置に関する。さらに詳しくは、被処理流体をプラズマが発生する空間に流したときに、一度流すだけで、被処理流体に含有される複数の所定の成分を、それぞれの反応に最適な強さのプラズマで、反応処理することができるプラズマ発生電極、プラズマ反応器及び排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二枚の電極間に誘電体を配置し高電圧の交流、あるいは周期パルス電圧をかけることにより、無声放電が発生し、これによりできるプラズマ場では活性種、ラジカル、イオンが生成され、気体の反応、分解を促進することが知られており、これをエンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガスに含まれる有害成分の除去に利用できることが知られている。
【０００３】
例えば、エンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガスを、プラズマ場内を通過させることによって、このエンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガス中に含まれる、例えば、ＮＯｘ、カーボン微粒子、ＨＣ、ＣＯ等を処理する、プラズマ反応器等が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上記ＮＯｘ、カーボン微粒子等はそれぞれ、プラズマで処理するときの適した放電電圧の大きさが異なっているため、排気ガス中のこれらの成分を処理するときには、別々のプラズマ反応器を複数使用するか、最も放電電圧の大きな条件に合わせてプラズマを発生させる必要があった。プラズマ反応器を複数使用すると設備費がかかり、また放電電圧を大きく設定するとエネルギーロスが大きくなるという問題があった。
【０００５】
これに対し、一つのプラズマ反応器により、エンジン排気ガス等の被処理流体中の複数の成分ガスを、それぞれの反応に最適の複数の異なる強さのプラズマにより、効率的に処理することができるプラズマ反応器等が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６４９２５号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／００１２４９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載の発明は、例えば、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、複数の単位電極２０２が所定間隔を隔てて階層的に積層されてなるとともに、単位電極２０２相互間に、一の方向（ガス流通方向）Ｐの両端が開放されるとともに他の方向（閉鎖方向）Ｑの両端が閉鎖された空間Ｖが形成されてなり、これらの単位電極２０２間に電圧を印加することによって空間Ｖにおいてプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極２０１である。そして、このプラズマ発生電極２０１は、単位電極２０２が、誘電体となる板状のセラミック体２０３と、セラミック体２０３の内部に配設された導電膜２０４から形成されるとともに、一の方向Ｐにおける一の端部から他の端部に至るまでの間に導電膜２０４を欠落した部分を有する欠落単位電極２０２ｂと、欠落した部分を有しない通常単位電極２０２ａとから構成されてなり、かつ空間Ｖが、それぞれ対向する通常単位電極２０２ａと欠落単位電極２０２ｂとの間又は欠落単位電極２０２ｂ相互間に、導電膜２０４間の距離が単位電極２０２相互間の距離となるように形成された複数の通常空間Ｖａと、欠落単位電極２０２ｂの欠落部分を挟んでそれぞれ対向することになる通常単位電極２０２ａ相互間に、導電膜２０４間の距離が通常空間Ｖａにおける導電膜２０４間の距離よりも長くなるように形成された複数の欠落空間Ｖｂとから構成されている。これにより、通常空間Ｖａと欠落空間Ｖｂとにおける、プラズマを発生させる単位電極２０２を構成する導電膜２０４間の距離が異なることにより、通常空間Ｖａと欠落空間Ｖｂとにおいて発生するプラズマの強さを異ならせることが可能となる。そして、被処理流体を一度流すだけで、含有される複数の所定成分を、それぞれの反応に適したそれぞれの強さのプラズマにより、効率的に処理することを可能としている。ここで、図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、従来のプラズマ発生電極を模式的に示すものであり、図１２（ａ）は、一の方向（ガス流通方向）に垂直な平面で切断した断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【０００７】
このように、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すプラズマ発生電極２０１によれば、通常空間Ｖａと欠落空間Ｖｂとにおける、プラズマを発生させる単位電極２０２を構成する導電膜２０４間の距離が異なることにより、通常空間Ｖａと欠落空間Ｖｂとにおいて発生するプラズマの強さを異ならせることが可能であるが、通常空間Ｖａにおける単位電極２０２間の距離Ｗ１と、欠落空間Ｖｂにおける単位電極２０２間の距離Ｗ２とは、特定の関係を有するため、それぞれの値を自由に決めることは必ずしも容易ではないという面もあった。従って、それぞれのガス成分を、おおむね適したプラズマの強さで反応処理することは可能であったが、最適のプラズマの強さで反応処理することは必ずしも容易ではなかった。ここで、上記、距離Ｗ１と距離Ｗ２との間の特定の関係とは、「Ｗ２＝Ｗ１×α＋Ｔ×（α−１）、α：自然数、Ｔ：単位電極の厚さ」である。これは、欠落空間Ｖｂが、単位電極２０２の一部を欠落させることにより形成されているため、距離Ｗ２が、距離Ｗ１と単位電極の厚さＴとを基準として、「Ｗ１の自然数倍、及び、Ｔの（自然数−１）倍、の和」という限られた値しか取り得ないことを意味する。
【０００８】
また、複数種類の単位電極間距離を形成するようにプラズマ発生電極を支持する必要があるため、支持構造が複雑になりやすいという面もあった。
【０００９】
また、特許文献２には、例えば、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すプラズマ発生電極２１１のように、単位電極２１２が、通常単位電極２１２ａと欠落単位電極２１２ｂとから構成され、欠落単位電極２１２ｂが、単位電極２１２を構成する導電膜２１４の一部のみが欠落して形成されたものが開示されている。ここで、図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、従来のプラズマ発生電極を模式的に示すものであり、図１３（ａ）は、一の方向（ガス流通方向）に垂直な平面で切断した断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。この態様においては、セラミック体２１３には欠落部分はない。これにより、プラズマ発生電極の支持という面では、支持構造が簡便になり好ましい。しかし、通常空間Ｖａにおける単位電極２１２間の距離Ｗ３と、欠落空間Ｖｂにおける単位電極２１２間の距離Ｗ４との関係は、上記、距離Ｗ１と距離Ｗ２との間の特定の関係と同様の関係にあるため、通常空間Ｖａと欠落空間Ｖｂとにおいて発生するプラズマの強さを自由に決定することが必ずしも容易ではないという点は同様であった。
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、被処理流体をプラズマが発生する空間に流したときに、一度流すだけで、被処理流体に含有される複数の所定の成分を、それぞれの反応に最適な強さのプラズマで、効率的に反応処理することができるプラズマ発生電極、プラズマ反応器及び排ガス浄化装置プラズマ発生電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下のプラズマ発生電極、プラズマ反応器及び排ガス浄化装置を提供するものである。
【００１２】
［１］  複数の単位電極が所定間隔を隔てて階層的に積層されてなるとともに、前記単位電極相互間に、一の方向（ガス流通方向）の少なくとも一方の端部が開放されるとともに他の方向の両端が閉鎖された空間が形成されてなり、これらの単位電極間に電圧を印加することによって前記空間においてプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、前記単位電極が、誘電体となる板状のセラミック体と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜から形成されるとともに、複数の前記単位電極が一定間隔で積層され、互いに隣接する前記導電膜間の距離が部分的に異なるか、又は、前記単位電極を構成するセラミック体の誘電率が部分的に異なり、前記空間に、部分的に異なる強さのプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極。
【００１３】
［２］  前記ガス流通方向における一方の端部側から全長の１０〜９０％の位置までのそれぞれの前記単位電極のセラミック体の誘電率と、前記単位電極の残余の部分のセラミック体の誘電率とが異なるものである［１］に記載のプラズマ発生電極。
【００１４】
［３］  前記ガス流通方向における一方の端部側から全長の１０〜９０％の位置までの、互いに隣接する前記導電膜間の距離と、残余の部分の互いに隣接する前記導電膜間の距離とが、異なるものである［１］に記載のプラズマ発生電極。
【００１５】
［４］  前記残余の部分の前記導電膜の中で、互いに隣接する前記導電膜間の距離が、更に部分的に異なるものである［３］に記載のプラズマ発生電極。
【００１６】
［５］  少なくとも一部の連続する３層の単位電極が、その中央の層を形成する単位電極（第２単位電極）に配設される導電膜と、前記第２単位電極の一方の面側の層を形成する単位電極（第１単位電極）に配設される導電膜との間の距離が、前記第２単位電極に配設される導電膜と、前記第２単位電極の他方の面側の層を形成する単位電極（第３単位電極）に配設される導電膜との間の距離とが異なるように形成され、前記第１単位電極と第２単位電極との間に形成された空間（第１空間）の前記ガス流通方向の一方の端部側が閉鎖され、前記第２単位電極と第３単位電極との間に形成された空間（第２空間）の前記ガス流通方向の他方の端部側が閉鎖され、前記第２単位電極に法線方向の貫通孔が少なくとも一つ形成され、前記第１空間の閉鎖されていない端部側から流入したガスが、前記貫通孔を通過して第２空間の閉鎖されていない端部側から流出することが可能な［１］に記載のプラズマ発生電極。
【００１７】
［６］  隣接する前記導電膜間の距離が、その導電膜全体に亘って一定であり、一部の互いに隣接する導電膜間の距離と、他の互いに隣接する導電膜間の距離とが異なる［１］に記載のプラズマ発生電極。
【００１８】
［７］  ［１］〜［６］のいずれかに記載のプラズマ発生電極を備えてなり、前記プラズマ発生電極を構成する複数の前記単位電極相互間に形成された前記空間内に所定の成分を含有するガスが導入されたときに、前記空間内に発生させたプラズマにより前記ガス中の前記所定の成分を反応させることが可能なプラズマ反応器。
【００１９】
［８］  前記空間内に前記所定の成分を含有するガスが導入されたときに、前記空間内に発生する強さが部分的に異なるプラズマの、各ガス成分の反応に適した強さの部分で、各ガス成分がそれぞれ反応する［７］に記載のプラズマ反応器。
【００２０】
［９］  ［７］又は［８］に記載のプラズマ反応器と、触媒とを備え、前記プラズマ反応器と前記触媒とが、内燃機関の排気系の内部に配設された排気ガス浄化装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマ発生電極によれば、各単位電極が一定間隔で積層され、互いに隣接する単位電極に配設される導電膜間の距離が部分的に異なるか、又は、単位電極を構成するセラミック体の誘電率が部分的に異なるため、隣接する単位電極間に形成される空間に、部分的に異なる強さのプラズマを発生させることが可能となる。そして、本発明のプラズマ反応器は、このようなプラズマ発生電極を備えるものとしたため、反応器内に、所定の成分を含有するガスが導入されたときに、発生するプラズマにより各ガス成分がそれぞれの最適な強さのプラズマにより効率的に反応処理され得る。さらに、本発明の排気ガス浄化装置によれば、本発明のプラズマ反応器と触媒とを備えるため、内燃機関の排気系の内部に配設されたときに、効率的に排ガスを浄化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。また、各図面において、同一の符号を付したものは、同一の構成要素を示すものとする。
【００２３】
図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態を模式的に示すものであり、図１（ａ）は、一の方向（ガス流通方向）に垂直な平面で切断した断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図２は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。図２に示すプラズマ発生電極は、図１（ｂ）に示すプラズマ発生電極の断面図の場合と同様の平面で切断した断面図である。
【００２４】
本実施形態のプラズマ発生電極１は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、複数の単位電極２が所定間隔を隔てて階層的に積層されてなるとともに、単位電極２相互間に、一の方向（ガス流通方向）Ｐの少なくとも一方の端部が開放されるとともに他の方向Ｑの両端が閉鎖された空間Ｖが形成されてなり、これらの単位電極２間に電圧を印加することによって空間Ｖにおいてプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極１である。電圧を印加するときには、各単位電極２が交互に電源側と接地側に接続される。
【００２５】
本実施形態のプラズマ発生電極１を構成する単位電極２は、図２に示すように、誘電体となる板状のセラミック体３と、セラミック体３の内部に配設された、導電膜４からそれぞれ形成される。そして、プラズマ発生電極１は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、位電極２を構成するセラミック体３の誘電率が部分的に異なり、このような単位電極が積層されて構成されたものである。これにより、空間Ｖに、部分的に異なる強さのプラズマＥ１及びＥ２を発生させることが可能となっている。ここで、互いに隣接する単位電極２，２のそれぞれに配設される導電膜４，４間の距離Ｄは、一定であってもよいし、部分的に異なっていてもよい。
【００２６】
ここで、複数の単位電極２が一定間隔Ｗで積層されているというときの「間隔Ｗ」は、隣接する単位電極２，２のそれぞれの対向する表面間の距離であり、これは、それぞれの単位電極２，２の、互いに対向するセラミック体３，３の表面間の距離である。
【００２７】
このように、本実施形態のプラズマ発生電極１は、一つの単位電極内に誘電率の異なる部分を形成し、そのような単位電極を積層することにより、空間Ｖ内に発生するプラズマの強さを異ならせることができるため、本実施形態のプラズマ発生電極１を下記のプラズマ反応器や排ガス浄化装置に使用したときには、排ガス等を処理するとき、被処理流体をプラズマが発生する空間に流したときに、一度流すだけで、被処理流体に含有される複数の所定の成分を、それぞれの反応に最適の強さのプラズマにより、反応処理することができる。また、プラズマ発生電極の支持という面においても、支持構造が簡便であり好ましい。
【００２８】
ここで、プラズマの強さとは、プラズマ場での放電エネルギー、放電エネルギー密度、放電電圧、又は電界強度のことをいい、排ガス中の各成分の反応を考慮したときに、反応性を最適状態でコントロールするのに適したものを選択し、その指標とすることができる。
【００２９】
本実施形態のプラズマ発生電極１は、図２に示すように、ガス流通方向Ｐの一方の端部（ガス流入端部）５１から、ガス流通方向Ｐにおける全長の５０％の位置まで（ガス流入端部側５０％領域）の、それぞれの単位電極２を構成するセラミック体３の誘電率と、残余の部分（他方の端部（ガス流出端部）５２側の５０％の部分（ガス流出端部側５０％領域））のセラミック体３の誘電率とが、異なるものである。例えば、ガス流入端部側５０％領域のセラミック体３の誘電率が低く、ガス流出端部側５０％領域のセラミック体３の誘電率が高い場合は、ガス流入端部側５０％領域の空間Ｖに発生するプラズマＥ２の強さより、残余の部分（ガス流出端部側５０％領域）の空間Ｖに発生するプラズマＥ１の強さのほうがより強くなる。そして、プラズマＥ１及びＥ２の強さを、処理すべき排ガスに含有される各成分の反応に適した強さに設定することにより、ガス流入端部５１から流入し空間Ｖを通りガス流出端部５２から流出するガスｇは、はじめにプラズマＥ２の強さにより反応し易い成分が反応し、その後にプラズマＥ１の強さにより反応し易い他の成分が反応する。プラズマＥ１及びＥ２の強さは、セラミック体３の誘電率を、ガス流入端部側５０％領域とガス流出端部側５０％領域とにおいてそれぞれ最適な値にすることにより、それぞれ処理すべきガス成分の反応に最適の強さとすることができる。
【００３０】
本実施形態においては、２種類のセラミック体３がガス流通方向Ｐにおいて、その全長の５０％ずつ配設されているが、それぞれ全長の５０％に限定されるものではなく、その長さは任意に選択することができる。好ましくは、一方のセラミック体のガス流通方向Ｐにおける長さが、全長の１０〜９０％である。１０％より短いと、プラズマを所定の強さで安定して発生させることが難しくなることがある。また、セラミック体３の種類も２種類に限定されず、処理すべき排ガス成分の種類に合わせて、３種類以上の任意の種類のセラミック体を使用することができる。この場合、各セラミック体のガス流通方向Ｐにおける長さは、全長の１０％以上であることが、プラズマを所定の強さで安定して発生させる点において好ましい。
【００３１】
隣接する単位電極２，２間の距離Ｗは、０．１〜３ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍであることが更に好ましい。０．１ｍｍより短いとガスが流通するときの圧力損失が大きくなることがあり、３ｍｍより長いとプラズマの強さが弱くなることがある。
【００３２】
単位電極２を構成する導電膜４の厚さとしては、プラズマ発生電極１の小型化及び、排ガス等を処理する場合に単位電極２，２間を通過させる被処理流体の抵抗を低減させる等の理由から、０．００１〜０．１ｍｍであることが好ましく、さらに、０．００５〜０．０５ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態に用いられる導電膜４は、導電性に優れた金属を主成分とすることが好ましく、例えば、導電膜４の主成分としては、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を好適例として挙げることができる。なお、本実施形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。
【００３４】
単位電極２において、導電膜４は、テープ状のセラミック体３に塗工されて配設されたものであることが好ましく、具体的な塗工の方法としては、例えば、印刷、ローラ、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ等を好適例としてあげることができる。このような方法によれば、塗工後の表面の平滑性に優れ、且つ厚さの薄い導電膜４を容易に形成することができる。
【００３５】
導電膜４をテープ状のセラミック体に塗工する際には、導電膜４の主成分として挙げた金属の粉末と、有機バインダーと、テルピネオール等の溶剤とを混合して導体ペーストを形成し、上述した方法でテープ状のセラミック体３に塗工することで形成することができる。また、テープ状のセラミック体３との密着性及び焼結性を向上させるべく、必要に応じて上述した導体ペーストに添加剤を加えてもよい。
【００３６】
また、単位電極２を構成するセラミック体３（テープ状のセラミック体）は、上述したように誘電体としての機能を有するものであり、導電膜４がセラミック体３の内部に配設された状態で用いられることにより、導電膜４単独で放電を行う場合と比較して、アーク等の片寄った放電を減少させ、小さな放電を複数の箇所で生じさせることが可能となる。このような複数の小さな放電は、アーク等の放電に比して流れる電流が少ないために、消費電力を削減することができ、さらに、誘電体が存在することにより、単位電極２間に流れる電流が制限されて、温度上昇を伴わない消費エネルギーの少ないノンサーマルプラズマを発生させることができる。
【００３７】
セラミック体３は、誘電率の高い材料を主成分とすることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化珪素、ムライト、コージェライト、チタン−バリウム系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム等を好適に用いることができる。これらの材料の中から、被処理流体の各成分の反応に適した強さのプラズマを発生させるのに適した材料を適宜選択し、それぞれを組み合わせて単位電極とすることが好ましい。また、耐熱衝撃性にも優れた材料を主成分とすることによって、プラズマ発生電極を高温条件下においても運用することが可能となる。
【００３８】
例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）にガラス成分を添加した低温焼成基板材料（ＬＴＣＣ）に導体として銅メタライズを用いることができる。銅メタライズを用いるため、抵抗が低く、放電効率の高い電極が造られるため、電極の大きさを小さくできる。そして、熱応力を回避した設計が可能となり、強度が低い問題が解消される。また、チタン酸バリウム、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物等の誘電率の高い材料で電極を造る場合、放電効率が高いため、電極の大きさを小さくできるため、熱膨脹が高いことによる熱応力の発生を、小さくできる構造体設計が可能である。
【００３９】
セラミック体３の誘電率は、発生させようとするプラズマの強さにより適宜決定することができるが、通常、２．５〜５０Ｆ／ｍの範囲で選択することが好ましい。
【００４０】
また、セラミック体３をテープ状のセラミック体から形成するときには、テープ状のセラミック体の厚さについては、特に限定されることはないが、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。テープ状のセラミック体の厚さが、０．１ｍｍ未満であると、隣接する一対の単位電極２間の電気絶縁性を確保することができないことがある。また、テープ状のセラミック体の厚さが３ｍｍを超えると、排気ガス浄化装置としたときに省スペース化の妨げになるとともに、電極間距離が長くなることによる負荷電圧の増大につながり効率が低下することがある。
【００４１】
テープ状のセラミック体は、セラミック基板用のセラミックグリーンシートを好適に用いることができる。このセラミックグリーンシートは、グリーンシート製作用のスラリー又はペーストを、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、リバースロールコータ法等の従来公知の手法に従って、所定の厚さとなるように成形して形成することができる。このようにして形成されたセラミックグリーンシートは、切断、切削、打ち抜き、連通孔の形成等の加工を施したり、複数枚のグリーンシートを積層した状態で熱圧着等によって一体的な積層物として用いてもよい。
【００４２】
上述したグリーンシート製作用のスラリー又はペーストは、所定のセラミック粉末に適当なバインダ、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調整したものを好適に用いることができ、例えば、このセラミック粉末としては、アルミナ、ムライト、コージェライト、ジルコニア、シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウム、セラミックガラス、ガラス等の粉末を好適例として挙げることができる。また、焼結助剤としては、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等を好適例として挙げることができる。なお、焼結助剤は、セラミック粉末１００質量部に対して、３〜１０質量部加えることが好ましい。可塑剤、分散剤及び有機溶媒については、従来公知の方法に用いられている可塑剤、分散剤及び有機溶媒を好適に用いることができる。
【００４３】
また、セラミック体３の気孔率は、０．１〜３５％であることが好ましく、さらに０．１〜１０％であることが好ましい。このように構成することによって、セラミック体３を備えた単位電極２間に効率よくプラズマを発生させることが可能となり、省エネルギー化を実現することができる。
【００４４】
単位電極２のうちの少なくとも一つが、誘電体となる板状のセラミック体３と、板状のセラミック体３の内部に配設された、図３に示すその膜厚方向に貫通した膜厚方向に垂直な方向の平面で切断した断面の形状が一部に円弧を含む形状の貫通孔５が複数形成された導電膜４とを有してなることが好ましい。貫通孔５は、図３ではそれぞれが正方形の頂点に位置するように配置されているが、それぞれが正三角形の頂点に位置するように配置されるとより好ましい。このように、導電膜４に貫通孔５を形成すると、さらに均一な放電を、低電圧で得ることができるため、好ましい。
【００４５】
上述した貫通孔５の大きさについては、特に限定されることはないが、例えば、それぞれの貫通孔５の直径が１〜１０ｍｍであることが好ましい。このように構成することによって、貫通孔５の外周上での電界集中が、放電に適した条件となり、一対の単位電極２間に印加する電圧がさほど高くなくとも放電を良好に開始させることができる。貫通孔５の直径が１ｍｍ未満であると、貫通孔５の大きさが小さくなり過ぎて、貫通孔５の外周上に生ずる放電が、上述した点を起点とした局所的な放電と似た状態となり、不均一なプラズマが発生する恐れがある。また、貫通孔５の直径が１０ｍｍを超えると、貫通孔５の内部には放電が生じにくいため、一対の単位電極２間に生じるプラズマの密度（強さ）が低下する恐れがある。
【００４６】
また、本実施形態においては、貫通孔５の、隣接するそれぞれの中心間の距離は、貫通孔５の直径に応じて、均一かつ高密度な（強い）プラズマを発生させることができるような長さとなるように適宜決定されていることが好ましく、例えば、特に限定させることはないが、隣接するそれぞれの中心間の距離が、１．５〜２０ｍｍであることが好ましい。
【００４７】
また、この貫通孔５は、単位面積当りの貫通孔５の外周の長さが長くなるように形成されていることが好ましい。このように構成することによって、単位面積当たりに電界不均一な領域の長さ、即ち、プラズマの発生起点となる外周の長さを長くすることができ、単位面積当たりに多くの放電を起こさせて高密度のプラズマを発生させることができる。具体的な単位面積当りの貫通孔５の外周の長さ（ｍｍ／（ｍｍ）２）としては、発生させるプラズマの強度等によって適宜設定することができるが、例えば、自動車の排気ガスを処理する場合には、０．０５〜１．７ｍｍ／（ｍｍ）２であることが好ましい。単位面積当りの貫通孔５の外周の長さが０．０５ｍｍより小さいと局所的な放電が起こり、安定な放電空間が得にくくなることがある。１．７ｍｍより大きいと、導電膜の抵抗値が高くなり放電効率が低下することがある。
【００４８】
また、本実施形態においては、単位面積当たりの貫通孔５の面積は０．１〜０．９８（ｍｍ）２／（ｍｍ）２であることが、好ましい。０．１（ｍｍ）２より小さいと誘電体電極の静電容量が小さすぎて、排ガス浄化に必要な放電を得ることが難しくなることがある。０．９８（ｍｍ）２より大きいと、貫通孔による均一な放電効果が得にくくなり、局所的な放電が起こりやすくなることがある。
【００４９】
図３に示す導電膜４に形成される貫通孔５は、図１（ａ）に示すプラズマ発生電極１に形成したときに、単位電極２間に空間Ｖを形成するためのスペーサー部分に重ならないようにすることが好ましい。スペーサー部分に重ならないようにすることで異常放電することを抑制することができる。
【００５０】
次に、本発明のプラズマ発生電極の他の実施形態について説明する。図４は、本発明のプラズマ発生電極の他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。図４に示すプラズマ発生電極は、図１（ｂ）に示すプラズマ発生電極の断面図の場合と同様の平面で切断した断面図である。
【００５１】
本実施形態のプラズマ発生電極１１は、上述した図１（ａ）、図１（ｂ）に示す本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態において、図２に示す構造の単位電極２が、図４に示す構造の単位電極１２に置き換わったものである。従って、本実施形態のプラズマ発生電極１１は、単位電極１２を構成するセラミック体１３及び導電体１４の構成を除いて、上記、本発明の一の実施形態のプラズマ発生電極１と同様である。
【００５２】
本実施形態のプラズマ発生電極１１は、図４に示すように、複数の単位電極１２が一定間隔Ｗで積層され、互いに隣接する単位電極１２，１２に配設される導電膜１４，１４間の距離Ｄが部分的に異なるものである。互いに隣接する単位電極１２，１２に配設される導電膜１４，１４間の距離Ｄというときの「距離Ｄ」は、隣接する単位電極１２，１２に配設される互いに隣接する導電膜１４，１４の対向する表面間の距離である。これは、図４のガス流出端部５２側の領域に配設された導電膜１４のように、単位電極１２内に複数枚（図４においては２枚）の導電膜１４ａ，１４ｂが並行して配設されている場合には、隣接する単位電極１２，１２間において、最も相手側の単位電極１２の導電膜１４に近い導電膜１４同士間の距離Ｄ２をいう。そして、互いに隣接する単位電極１２，１２に配設される導電膜１４，１４間の距離Ｄが部分的に異なるというときは、図４に示すプラズマ発生電極１１のように、互いに隣接する導電膜１４，１４間の距離Ｄが、その一対の隣接する単位電極１２，１２の中において距離Ｄ１及び距離Ｄ２が存在するように部分的に異なる、すなわち複数種類の間隔（距離Ｄ１及び距離Ｄ２）が形成されるように隣接する導電膜１４，１４が配設される場合と、以下に説明する図６及び図８に示すプラズマ発生電極のように、一対の隣接する単位電極の中においては導電膜間の距離は一定であるが、他の対の隣接する単位電極における導電膜間の距離と比較した場合に、異なる値となっている場合とを含む。また、これら両方の構成を含むものであってもよい。
【００５３】
このように、本実施形態のプラズマ発生電極１は、隣接する導電膜１４，１４間の距離の違いにより、空間Ｖ内に発生するプラズマの強さを異ならせることができるため、本実施形態のプラズマ発生電極１１を下記のプラズマ反応器や排ガス浄化装置に使用したときには、排ガス等を処理するとき、被処理流体をプラズマが発生する空間に流したときに、一度流すだけで、被処理流体に含有される複数の所定の成分を、それぞれの反応に最適の強さのプラズマにより、反応処理することができる。
【００５４】
本実施形態のプラズマ発生電極１１は、図４に示すように、ガス流通方向Ｐの一方の端部（ガス流入端部）５１から、ガス流通方向Ｐにおける全長のほぼ５０％の位置まで（ガス流入端部側５０％領域）の、互いに隣接する導電膜１４，１４間の距離と、残余の部分（他方の端部（ガス流出端部）５２側のほぼ５０％の部分（ガス流出端部側５０％領域））の互いに隣接する導電膜１４，１４間の距離とが異なるものである。これは、ガス流出端部側５０％領域の導電膜１４を、一つの単位電極１２内に並行して２枚配設することにより、隣接する導電膜１４，１４間の距離Ｄ２を、ガス流入端部側５０％領域の導電膜１４，１４間の距離Ｄ１より、短くしたものである。これにより、ガス流入端部側５０％領域の空間Ｖに発生するプラズマＥ４の強さより、残余の部分（ガス流出端部側５０％領域）の空間Ｖに発生するプラズマＥ３の強さのほうがより強くなる。そして、プラズマＥ３及びＥ４の強さを、処理すべき排ガスに含有される各成分の反応に適した強さに設定することにより、ガス流入端部５１から流入し空間Ｖを通りガス流出端部５２から流出するガスｇは、はじめにプラズマＥ３の強さにより反応し易い成分が反応し、その後にプラズマＥ４の強さにより反応し易い他の成分が反応する。プラズマＥ３及びＥ４の強さは、各セラミック体１３に配設される導電膜１４の位置及び枚数を最適にし、隣接する導電膜１４，１４間の距離を、ガス流入端部側５０％領域とガス流出端部側５０％領域とにおいてそれぞれ最適な値にすることにより、それぞれ処理すべきガス成分の反応に最適の強さとすることができる。
【００５５】
本実施形態においては、一対の隣接する導電膜１４，１４において、距離Ｄ１の部分と距離Ｄ２の部分とが、ガス流通方向Ｐにおいて、その全長の５０％ずつ形成されている。これは、それぞれ全長の５０％に限定されるものではなく、その長さは任意に選択することができる。好ましくは、一方の距離（例えば、距離Ｄ１）のガス流通方向Ｐにおける長さが、全長の１０〜９０％である。１０％より短いと、プラズマを所定の強さで安定して発生させることが難しくなることがある。また、一対の隣接する導電膜１４，１４間の距離も２種類（例えば、距離Ｄ１及び距離Ｄ２）に限定されず、処理すべき排ガス成分の種類に合わせて、３種類以上の任意の距離を形成することができる。この場合、各距離を形成する部分の、ガス流通方向Ｐにおける長さは、全長の１０％以上であることが、プラズマを所定の強さで安定して発生させる点において好ましい。
【００５６】
次に、本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態について説明する。図５は、本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。図５に示すプラズマ発生電極は、図１（ｂ）に示すプラズマ発生電極の断面図の場合と同様の平面で切断した断面図である。
【００５７】
本実施形態のプラズマ発生電極２１は、上述した図１（ａ）、図１（ｂ）に示す本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態において、図２に示す構造の単位電極２が、図５に示す構造の単位電極２２に置き換わったものである。従って、本実施形態のプラズマ発生電極２１は、単位電極２２を構成するセラミック体２３及び導電体２４の構成を除いて、上記、本発明の一の実施形態のプラズマ発生電極１と同様である。
【００５８】
本実施形態のプラズマ発生電極２１は、図５に示すように、複数の単位電極２２が一定間隔Ｗで積層され、互いに隣接する単位電極２２，２２に配設される導電膜２４，２４間の距離Ｄが部分的に異なるものである。上記、図４に示すプラズマ発生電極１１は、単位電極１２内に部分的に２枚の導電膜１４を配設することにより、隣接する導電膜１４，１４間の距離Ｄを部分的に変える構成になっているのに対し、本実施形態のプラズマ発生電極２１においては、単位電極２２内の導電膜２４の、厚さ方向の配設位置を変化させることにより、隣接する導電膜２４，２４間の距離Ｄを部分的に変えている。
【００５９】
本実施形態では、図５に示すように、隣接する３つの単位電極２２を、上から第１単位電極２２ａ、第２単位電極２２ｂ、及び第３単位電極２２ｃとすると、ガス流入端部５１側の領域では、導電膜２４は、それぞれ単位電極２２の厚さ方向の中央部に配設されている。これにより、この領域における隣接する導電膜２４，２４間の距離は、いずれも距離Ｄ３となっている。これに対し、ガス流出端部５２側の領域では、第１単位電極２２ａに配設されている導電膜２４ａは、第１単位電極２２ａの厚さ方向において、第２単位電極２２ｂに近い側に片寄った位置に配設されている。そして、第２単位電極２２ｂに配設されている導電膜２４ｂは、第２単位電極２２ｂの厚さ方向において、第１単位電極２２ａに近い側に片寄った位置に配設されている。更に、第３単位電極２２ｃに配設されている導電膜２４ｃは、第３単位電極２２ｃの厚さ方向において、第２単位電極２２ｂから遠い側に片寄った位置に配設されている。これにより、隣接する導電膜２４ａ，２４ｂ間の距離は、上記距離Ｄ３より短い距離Ｄ４となり、また、隣接する導電膜２４ｂ，２４ｃ間の距離は、上記距離Ｄ３より長い距離Ｄ５となる。このように、本実施形態のプラズマ発生電極２１においては、単位電極２２内の導電膜２４の、厚さ方向の配設位置を変化させて、隣接する導電膜２４，２４間の距離Ｄを部分的に変えている。
【００６０】
このように、本実施形態のプラズマ発生電極２１は、上記図４に示すプラズマ発生電極１１の場合と同様に、隣接する導電膜２４，２４間の距離の違いにより、空間Ｖ内に発生するプラズマの強さを異ならせるものである。
【００６１】
本実施形態のプラズマ発生電極の上記以外の構成は、上述した本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態の場合と同様である。
【００６２】
次に、本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態について説明する。図６は、本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。図６に示すプラズマ発生電極は、図１（ｂ）に示すプラズマ発生電極の断面図の場合と同様の平面で切断した断面図である。また、図７は、本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態に使用する単位電極を模式的に示した平面図である。
【００６３】
本実施形態のプラズマ発生電極３１は、図６に示すように、連続する３層の単位電極３２が、その中央の層を形成する単位電極（第２単位電極）３２ｂに配設される導電膜３４と、第２単位電極３２ｂの一方の面側の層を形成する単位電極（第１単位電極）３２ａに配設される導電膜３４との間の距離Ｄ６が、第２単位電極３２ｂに配設される導電膜３４と、第２単位電極３２ｂの他方の面側の層を形成する単位電極（第３単位電極）３２ｃに配設される導電膜３４との間の距離Ｄ７とが異なるように形成され、第１単位電極３２ａと第２単位電極３２ｂとの間に形成された空間（第１空間）Ｖ１のガス流通方向Ｐの一方の端部（本実施形態においては、ガス流出端部５２）側が閉鎖部材３５により閉鎖され、第２単位電極３２ｂと第３単位電極３２ｃとの間に形成された空間（第２空間）Ｖ２のガス流通方向Ｐの他方の端部（本実施形態においては、ガス流入端部５１）側が閉鎖部材３６により閉鎖され、第２単位電極３２ｂに法線方向のガス流通孔Ｈが少なくとも一つ形成され、第１空間Ｖ１の閉鎖されていない端部（ガス流入端部５１）側から流入したガスが、ガス流通孔Ｈを通過して第２空間Ｖ２の閉鎖されていない端部（ガス流出端部５２）側から流出することが可能なプラズマ発生電極である。本実施形態のプラズマ発生電極３１は、少なくとも一部の連続する３層の単位電極３２が、上記構成であればよい。
【００６４】
本実施形態のプラズマ発生電極３１は、第１空間Ｖ１を挟むように配設される隣接する導電膜３４，３４間の距離Ｄ６が、第２空間Ｖ２を挟むように配設される隣接する導電膜３４，３４間の距離Ｄ７より短くなっており、これにより、第１空間Ｖ１に発生するプラズマＥ５の強さのほうが、第２空間Ｖ２に発生するプラズマＥ６の強さよりも強くなる。
【００６５】
そして、本実施形態のプラズマ発生電極３１のガス流入端部５１より、例えば、排気ガスを流入させると、ガス流入端部５１側が開放されている第１空間Ｖ１に排気ガスが流入し、プラズマＥ５により排気ガスの所定の成分が処理され、その後、排気ガスは、ガス流通孔Ｈを通過して第２空間Ｖ２側に流入し、プラズマＥ６で排気ガスの他の所定の成分が処理され、第２空間Ｖ２のガス流出端部５２から、処理された排気ガスが排出される。
【００６６】
本実施形態のプラズマ発生電極３１に使用される単位電極３２は、ガス流通孔Ｈが一つ以上形成されていればよく、例えば、図４に示す単位電極３２のように、中央部に４つのガス流通孔Ｈが直線上に並ぶように形成されていてもよい。ガス流通孔Ｈの位置、大きさ、及び数は、特に限定されず、排ガスに含有される成分、その含有比率、排ガス処理量、プラズマ発生電極の構造等によって適宜決定することができる。
【００６７】
また、閉鎖部材３５，３６は、セラミック体と同様の材質で形成されていることが好ましい。閉鎖部材３５，３６のガス流通方向Ｐにおける長さは特に限定されるものではなく、ガスの流通を止めることができ、破損等が生じ難い範囲で適宜決定すればよい。
【００６８】
本実施形態のプラズマ発生電極の上記以外の構成は、上述した本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態の場合と同様である。
【００６９】
次に、本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態について説明する。図８は、本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極４２を模式的に示した断面図である。図８に示すプラズマ発生電極は、図１（ｂ）に示すプラズマ発生電極の断面図の場合と同様の平面で切断した断面図である。
【００７０】
本実施形態のプラズマ発生電極４１は、図８に示すように、隣接する導電膜４４ａ，４４ｂ間の距離Ｄ８が、その導電膜４４ａ，４４ｂ全体に亘って一定であり、一部の互いに隣接する導電膜４４ａ，４４ｂ間の距離Ｄ８と、他の互いに隣接する導電膜４４ｂ，４４ｃ間の距離Ｄ９とが異なるプラズマ発生電極である。本実施形態においては、距離Ｄ８が、距離Ｄ９より短く形成されている。これにより、隣接する導電膜４４ａ，４４ｂ間に形成されるプラズマＥ７の強さが、隣接する導電膜４４ｂ，４４ｃ間に形成されるプラズマＥ８の強さよりも強くなる。
【００７１】
本実施形態において、「隣接する導電膜４４ａ，４４ｂ間の距離Ｄ８が、その導電膜４４ａ，４４ｂ全体に亘って一定である」というときは、隣接する導電膜４４ａ，４４ｂ間のどの部分においてもその間隔はＤ８で一定であることを意味する。また、「一部の互いに隣接する導電膜４４ａ，４４ｂ間の距離Ｄ８と、他の互いに隣接する導電膜４４ｂ，４４ｃ間の距離Ｄ９とが異なる」というときは、隣接する導電膜間の距離Ｄ８，Ｄ９等を比較したときに、全ての導電膜間の距離Ｄがプラズマ発生電極全体において同じ値をとるのではなく、距離Ｄ８と距離Ｄ９とが異なるように、一部の隣接する導電膜間の距離Ｄと、他の隣接する導電膜間の距離Ｄとが異なるように形成されていることを意味する。
【００７２】
本実施形態のプラズマ発生電極の上記以外の構成は、上述した本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態の場合と同様である。
【００７３】
以下、本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態の製造方法について具体的に説明する。
【００７４】
まず、上述したセラミック体となるセラミックグリーンシートを成形する。例えば、アルミナ、ムライト、コージェライト、ムライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、セラミックガラス、及びガラス群から選ばれる少なくとも一種の材料に、上述した焼結助剤や、ブチラール系樹脂やセルロース系樹脂等のバインダ、ＤＯＰやＤＢＰ等の可塑剤、トルエンやブタジエン等の有機溶媒等を加え、アルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリーを作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。本実施形態のプラズマ発生電極の単位電極は、誘電率の異なるセラミック体を組み合わせて形成されるので、所定の異なる誘電率となる複数の材料により複数のセラミックグリーンシートを形成する。
【００７５】
次に、得られた各グリーンシート製作用のスラリーを、減圧下で撹拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。このように調整したそれぞれのグリーンシート製作用のスラリーをドクターブレード法等のテープ成形法によってテープ状に成形して複数種類の未焼成セラミック体を形成する。
【００７６】
一方、得られた未焼成セラミック体の一方の表面に配設する導電膜を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、例えば、銀粉末にバインダ及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミルを用いて十分に混錬して調製することができる。
【００７７】
このようにして形成した導体ペーストを、一の未焼成セラミック体の表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の導電膜を形成し、図９に示す、導電膜配設未焼成セラミック体１０３を作製する。このとき、導電膜１０４をセラミック体で挟持して単位電極を形成した後に、単位電極の外部から導電膜１０４に電気を供給することができるように、導電膜１０４が未焼成セラミック体の外周部にまで延設するように印刷することが好ましい。本実施形態においては、導電膜配設未焼成セラミック体１０３を構成する、未焼成セラミック体は、焼成後、低誘電率のセラミック体となる低誘電率未焼成セラミック体１０１である。ここで、図９は、本発明のプラズマ発生電極の製造工程を説明するための、未焼成セラミック体及び導電膜を重ねた状態を模式的に示した断面図である。
【００７８】
次に、導電膜配設未焼成セラミック体１０３と、他の未焼成セラミック体とを、印刷した導電膜を覆うようにして積層する。図９に示すように、導電膜配設未焼成セラミック体１０３の導電膜配設側の面には、同じ大きさの低誘電率未焼成セラミック体１０１を配設する。そして、更にその両面に、低誘電率未焼成セラミック体１０１と、焼成後高誘電率セラミック体となる高誘電率未焼成セラミック体１０２とをそれぞれ所定の領域に配設する。本実施形態においては、低誘電率未焼成セラミック体１０１と、高誘電率未焼成セラミック体１０２とが、全面積の略５０％ずつ、それぞれ両面に配設されている。未焼成セラミック体を積層する際には、温度１００℃、圧力１０ＭＰａで押圧しながら積層することが好ましい。次に、導電膜を挟持した状態で積層した未焼成セラミック体を焼成して、誘電率が部分的に異なる板状のセラミック体と、導電膜とを有してなる単位電極２（図２参照）を形成する。得られた単位電極は、高誘電率未焼成セラミック体１０２が配設された領域が、全体として高誘電率セラミック体となり、その他の領域が全体として低誘電率セラミック体となる。誘電率としては、低誘電率未焼成セラミック体１０１のみが４層積層されている領域は、全体としてもその誘電率を示す。これに対し、２層の低誘電率未焼成セラミック体１０１と、その両面に各１層、合計２層の高誘電率未焼成セラミック体１０２とが積層された領域は、全体としては、低誘電率セラミック体と高誘電率セラミック体との略中間の誘電率を示す傾向にある。
【００７９】
図２に示す単位電極１は、一の単位電極内に、一枚の平面なシート状の導電膜が配設されているが、図４〜６及び図８に示す単位電極のように、一の単位電極内に、厚さ方向の位置が異なり、段違いに導電膜が配設されている場合には、未焼成セラミック体の積層数及び導電膜の配置をそれぞれの単位電極の構成になるように設定する。
【００８０】
次に、形成された複数の単位電極を積層する。このとき、各単位電極間に所定の間隔を開けるために、上記セラミック体と同様の原料により四角柱状のセラミック棒を形成し、各単位電極の間に挟むようにする。このときの、セラミック棒の厚さが各単位電極間の距離となる。セラミック棒を各単位電極の間に挟むときには、それぞれが略平行になるようにし、排ガス等を処理するときのガスの流路を確保する。セラミック棒は四角柱状である必要はなく、円柱状、多角柱状、その他の柱状であってもよい。また、上記セラミック体の一の面に複数の突条を形成し、この突条を挟んで単位電極を挟むことにより空間を形成してもよい。さらに、セラミック体に凹凸を形成し、それを重ね合わせることにより空間を形成してもよい。このように、複数の単位電極を、上記セラミック棒を介して階層的に積層することにより、本実施形態のプラズマ発生電極を得ることができる。
【００８１】
次に、本発明のプラズマ反応器の一の実施形態について説明する。図１０は、本発明のプラズマ反応器の一の実施形態を模式的に示す断面図である。図１０に示すように、本実施形態のプラズマ反応器６１は、図２に示すような単位電極２を有する図１（ａ）、図１（ｂ）に示したような本発明のプラズマ発生電極の一実施形態（プラズマ発生電極１）を備えてなることを特徴とする。具体的には、本実施形態のプラズマ反応器６１は、プラズマ発生電極１と、プラズマ発生電極１を、それを構成する複数の単位電極２間に立体的に配列された空間Ｖ内に所定の成分を含有するガス（被処理流体）が導入され得る状態で収納したケース体６２とを備えている。このケース体６２は、被処理流体が流入する流入口６３と、流入した被処理流体が単位電極間を通過して処理された処理流体を流出する流出口６４とを有している。このように構成された本実施形態のプラズマ反応器６１は、空間Ｖ内に所定の成分を含有するガスが導入されたときに、空間Ｖ内に発生させたプラズマによりガス中の所定の成分を反応させることができる。
【００８２】
本実施形態のプラズマ反応器６１は、図２に示す単位電極２を有する図１（ａ）、図１（ｂ）に示したプラズマ発生電極１を備えてなることから、被処理流体が流入口６３から流入し、ガス流入端部５１側のセラミック体の誘電率が低い領域を通るときには、弱いプラズマＥ２（図２参照）により、ＮＯｘ等のエネルギーの小さなプラズマで反応する物質が分解される。そして、ガス流出端部５２側のセラミック体の誘電率が高い領域を通るときには、強いプラズマＥ１（図２参照）により、粒状物等の反応にエネルギーの大きなプラズマを必要とする物質が分解される。このように、本実施形態のプラズマ反応器によると、被処理流体をプラズマが発生する空間に流したときに、一度流すだけで、被処理流体に含有される複数の所定の成分を、それぞれの反応に最適な複数の異なる強さのプラズマにより、効率的に処理することができる。
【００８３】
本実施形態のプラズマ反応器６１において、プラズマ発生電極１を配設するときには、破損を防止するため、ケース体６２とプラズマ発生電極１との間に絶縁性で耐熱性の緩衝剤を介在させることが好ましい。
【００８４】
本実施形態に用いられるケース体６２の材料としては、特に制限はないが、例えば、優れた導電性を有するとともに、軽量かつ安価であり、熱膨張による変形の少ないフェライト系ステンレス等であることが好ましい。
【００８５】
このように構成されたプラズマ反応器６１は、例えば、自動車の排気系中に設置して用いることができ、排気ガスを単位電極間に形成される空間Ｖ内に発生させたプラズマの中を通過させて、排気ガスに含まれる上記所定の成分である煤や窒素酸化物等の有害物質を反応させて無害な気体として外部に排出することができる。
【００８６】
また、図示は省略するが、本実施形態のプラズマ反応器においては、プラズマ発生電極に電圧を印加するための電源をさらに備えていてもよい。この電源については、プラズマを有効に発生させることができるような電気を供給することができるものであれば従来公知の電源を用いることができる。
【００８７】
また、本実施形態のプラズマ反応器においては、上述したように電源を備えた構成とせずに、外部の電源から電流を供給するような構成としてもよい。
【００８８】
本実施形態に用いられるプラズマ発生電極に供給する電流については、発生させるプラズマの強さによって適宜選択して決定することができる。例えば、プラズマ反応器を自動車の排気系中に設置する場合には、プラズマ発生電極に供給する電流が、電圧が１ｋＶ以上の直流電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ１秒あたりのパルス数が１００以上（１００Ｈｚ以上）であるパルス電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ周波数が１００以上（１００Ｈｚ以上）である交流電流、又はこれらのいずれか二つを重畳してなる電流であることが好ましい。このように構成することによって、効率よくプラズマを発生させることができる。
【００８９】
次に、本発明の排気ガス浄化装置の一の実施形態について具体的に説明する。図１１は、本実施形態の排気ガス浄化装置を模式的に示す説明図である。図１１に示すように、本実施形態の排気ガス浄化装置７１は、上述した本発明の実施形態であるプラズマ反応器６１と、触媒７４とを備え、このプラズマ反応器６１と触媒７４とが、内燃機関の排気系の内部に配設された排気ガス浄化装置７１である。なお、プラズマ反応器６１は、排気系の排気ガス発生側（上流側）に配設され、触媒７４は、その排気側（下流側）に配設されており、プラズマ反応器６１と触媒７４とは配管７２を介して接続されている。
【００９０】
本実施形態の排気ガス浄化装置７１は、例えば、酸素過剰雰囲気下における排気ガス中のＮＯｘを浄化する装置である。即ち、プラズマ反応器６１で発生したプラズマによって、ＮＯｘを下流側の触媒７４で浄化しやすいように改質、又はＮＯｘと反応しやすいように排気ガス中のＨＣ（ハイドロカーボン）等を改質して、触媒７４によってＮＯｘを浄化する。
【００９１】
本実施形態の排気ガス浄化装置７１に用いられるプラズマ反応器６１は、プラズマにより、リーンバーン、ガソリン直噴エンジン又はディーゼルエンジン等の酸素過剰雰囲気下での燃焼による排気ガス中のＮＯｘをＮＯ２に変換するものである。また、プラズマ反応器６１は、排気ガス中のＨＣ等から活性種を生成するものであり、図１０に示したプラズマ反応器６１と同様に構成されたものを好適に用いることができる。
【００９２】
触媒７４は、その内部に排気ガスが流通する複数の細孔が形成された支持体を含む触媒部材を備えた触媒ユニット７５として、排気系におけるプラズマ反応器６１の下流側に配設されている。触媒部材は、支持体と、支持体の複数の細孔を取り囲む内壁面を覆うように形成された触媒層を有している。
【００９３】
触媒層は、一般に、後記するように支持体をスラリー状の触媒（触媒スラリー）に含浸して製造されるため、「ウォッシュコート（層）」と呼ばれることもある。
【００９４】
支持体の形状は、排気ガスが流通する空間を有していれば本発明では特に制限されず、本実施形態では、複数の細孔が形成されたハニカム状のものを使用している。
【００９５】
支持体は、耐熱性を有する材料から形成されることが好ましい。このような材料としては、例えば、コージェライト、ムライト、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）等の多孔質(セラミック)や、メタル(例えば、ステンレス)等が挙げられる。
【００９６】
触媒層は、多孔質担体と、多孔質担体の表面に担持したＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｇａ等から選択される一種又は二種以上の組合せを主要部として形成されている。触媒層の内部には支持体の細孔に連続する複数の連続細孔が形成されている。
【００９７】
多孔質担体は、例えば、アルミナ、ゼオライト、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカアルミナ、セリア等から適宜選択して使用し、形成することができる。なお、触媒７４は、ＮＯｘの分解反応を促進する触媒を用いる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
エンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガスに含まれる有害成分の除去に利用することができる。特に、設備費がかからず、エネルギーロスが少ない排ガス処理装置及びその構成要素として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態を模式的に示すものであり、図１（ａ）は、一の方向（ガス流通方向）に垂直な平面で切断した断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明のプラズマ発生電極の一の実施形態を構成する導電膜を模式的に示した平面図である。
【図４】本発明のプラズマ発生電極の他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。
【図７】本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態に使用する単位電極を模式的に示した平面図である。
【図８】本発明のプラズマ発生電極の更に他の実施形態の一部を示し、隣接する３つの単位電極を模式的に示した断面図である。
【図９】本発明のプラズマ発生電極の製造工程を説明するための、未焼成セラミック体及び導電膜を重ねた状態を模式的に示した断面図である。
【図１０】本発明のプラズマ反応器の一の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の排気ガス浄化装置の一の実施形態を模式的に示す説明図である。
【図１２】従来のプラズマ発生電極を模式的に示すものであり、図１２（ａ）は、一の方向（ガス流通方向）に垂直な平面で切断した断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１３】従来のプラズマ発生電極を模式的に示すものであり、図１３（ａ）は、一の方向（ガス流通方向）に垂直な平面で切断した断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１，１１，２１，３１，４１：プラズマ発生電極、２，１２，２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，４２：単位電極、３，１３，２３，３３：セラミック体、４，１４，１４ａ，１４ｂ，２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，３４，４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ：導電膜、５：貫通孔、３５，３６：閉鎖部材、５１：ガス流入端部、５２：ガス流出端部、６１：プラズマ反応器、６２：ケース体、６３：流入口、６４：流出口、７１：排気ガス浄化装置、７２：配管、７４：触媒、７５：触媒ユニット、１０１：低誘電率未焼成セラミック体、１０２：高誘電率未焼成セラミック体、１０３：導電膜配設セラミック体、１０４：導電膜、２０１，２１１：プラズマ発生電極、２０２，２１２：単位電極、２０２ａ，２１２ａ：通常単位電極、２０２ｂ、２１２ｂ：欠落単位電極、２０３：セラミック体、２０４：導電膜、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９：導電膜間の距離、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８，Ｅ９：プラズマ、ｇ：ガス、Ｈ：ガス流通孔、Ｐ：一の方向（ガス流通方向）、Ｑ：他の方向、Ｖ，Ｖ１，Ｖ２：空間、Ｖａ：通常空間、Ｖｂ：欠落空間、Ｗ：単位電極間の距離、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４：単位電極間の距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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